2024年高考物理一輪大單元綜合復習導學練專題20探究加速度和力、質量的關系導練目標導練內容目標1教材經典實驗方案的原理、步驟和數據處理目標2新高考的常見五種改進創新實驗【知識導學與典例導練】教材經典實驗方案的原理、步驟和數據處理1.實驗目的：探究加速度與力、質量的關系。2.實驗器材：打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平、刻度尺、砝碼。3.實驗思路：(1)控制變量法的應用：將小車置于水平木板上,通過滑輪與小盤和砝碼相連,小車可以在小盤和砝碼的牽引下運動。①保持小車質量不變,研究加速度與力的關系。②保持小車所受的拉力不變,研究加速度與質量的關系。（2）物理量的測量①用天平測量質量:為了改變小車的質量,可以在小車中增減砝碼的數量。②將打點計時器的紙帶連在小車上,根據紙帶上打出的點來測量加速度。③現實中,僅受一個力作用的物體幾乎不存在。然而,一個單獨的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,實驗中作用力F的含義可以是物體所受的合力。用阻力補償法確定小車受到的合力——小盤和砝碼的牽引力。4.進行實驗①稱量質量——用天平測量小盤和小車的質量。②安裝器材——按如圖所示裝置安裝器材(暫時不把懸掛小盤的細繩系在小車上)。③阻力補償法平衡摩擦及其他阻力——在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復移動薄木塊的位置,直至小車能拉著紙帶勻速下滑。④測量加速度1)保持小車的質量不變,打出一條紙帶。計算小盤和砝碼的重力,由紙帶計算出小車的加速度,并填入表中。改變小盤內砝碼的個數,并多做幾次實驗。2)保持小盤內的砝碼個數不變,在小車上放上砝碼改變小車的質量,讓小車在木板上滑動打出紙帶。計算砝碼和小車的總質量,并由紙帶計算出小車對應的加速度,填入表中。改變小車上砝碼的個數,多做幾次實驗。5.數據分析①利用Δx=aT2及逐差法求a。②以a為縱坐標,F為橫坐標,根據各組數據描點,如果這些點在一條過原點的直線上,說明a與F成正比。③以a為縱坐標,1m為橫坐標,描點、連線,如果該線為過原點的直線,就能判定a與m6.誤差分析①實驗原理不完善:本實驗用小盤和砝碼的總重力代替小車的拉力,而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。②摩擦力平衡不準確、質量測量不準確、計數點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。【例1】“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖如圖甲所示。砂和砂桶的總質量為m，小車和砝碼的總質量為M。實驗中用砂和砂桶所受總重力的大小作為細繩對小車拉力的大小。（1）下列說法正確的是。A．每次改變小車質量時，不需要重新平衡摩擦力B．實驗時應先釋放小車再接通電源C．本實驗M與m可隨意取值D．細繩應跟長木板保持平行（2）實驗中要進行質量m和M的選取，下列最合理的一組是。A．，、15g、20g、25g、30g、40gB．，、40g、60g、80g、100g、120gC．，、15g、20g、25g、30g、40gD．，、40g、60g、80g、100g、120g（3）圖乙為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續的5個計數點A、B、C、D、E，相鄰2個計數點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數點到A點之間的距離。已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度大小。（結果保留兩位有效數字）（4）添加實驗裝置，如果在未平衡摩擦力的基礎上改變砂桶中細砂的質量，同時在小車上固定力傳感器與細繩連接，確定小車的加速度大小a與細繩的拉力大小F的關系。下列圖像能表示實驗結果的是。A．

B．

C．

D．

新高考的改進創新實驗【例2】如圖為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置，小車及車中的砝碼質量用M表示，砝碼盤及盤中的砝碼質量用m表示．(1)采用控制變量的方法來研究小車質量不變的情況下，小車的加速度與小車受到的力的關系，下列措施中不需要和不正確的是①首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細繩對小車的拉力②平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝碼，使小車能勻速滑動③每次改變拉小車的拉力后都需要重新平衡摩擦力④實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力⑤實驗中應先放小車，然后再開打點計時器的電源A．①③⑤

B．②③⑤

C．③④⑤

D．②④⑤(2)下圖是甲同學某次實驗所打出的一條紙帶，若交流電的頻率為f，某同學在正確操作下獲得的一條紙帶，A、B、C、D、E每兩點之間還有4個點沒有標出．寫出用s1、s2、s3、s4以及f來表示小車加速度的表達式：a=．(3)下圖是乙同學根據測得的多組數據可畫出a-F關系圖線（如圖所示）．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是()A．小車與軌道之間存在摩擦

B．導軌保持了水平狀態C．所掛鉤碼的總質量太大

D．所用小車的質量太大(4)丙同學通過給小車增加砝碼來改變小車的質量M，得到小車的加速度a與質量M的數據，畫出圖線后，發現：當較大時，圖線發生彎曲．于是，該同學后來又對實驗方案進行了進一步地修正，避免了圖線的末端發生彎曲的現象．那么，該同學的修正方案可能是

()

A．改畫a與的關系圖線

B．改畫a與(M+m)的關系圖線C．改畫a與的關系圖線

D．改畫a與的關系圖線(5)探究“物體的加速度與其質量、所受合外力的關系”實驗完成后，同學們又打算測出小車與長木板間的動摩擦因數．于是先取掉了長木板右端墊的小木塊，使得長木板平放在了實驗桌上，并把長木板固定在實驗桌上；在砝碼盤中放入適當的砝碼后，將小車靠近打點計時器，接通電源后釋放小車，打點計時器便在紙帶上打出了一系列的點，并在保證小車的質量M、砝碼（連同砝碼盤）的質量m不變的情況下，多次進行實驗打出了多條紙帶，分別利用打出的多條紙帶計算出了小車運動的加速度a，并求出平均加速度，則小車與長木板間的動摩擦因數=．（用m、M、、g表示）2.拉力直測法（力傳感器、彈簧秤直測拉力）【例3】在探究“物體質量一定時，加速度與力的關系”實驗中，小荊同學做了如圖甲所示的實驗改進，在調節桌面水平后，添加了力傳感器來測量細線拉力。（1）實驗時，下列說法正確的是；A．需要用天平測出砂和砂桶的總質量B．小車靠近打點計時器，先接通電源再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄拉力傳感器的示數C．選用電火花計時器比選用電磁打點計時器實驗誤差會更小D．為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質量遠小于小車的質量（2）實驗得到如圖乙所示的紙帶，已知打點計時器使用的交流電源的頻率為50Hz，相鄰兩計數點之間還有四個點未畫出，已知A、B、C、D各點到A點的距離分別是，，，，由以上數據可知，小車運動的加速度大小是（計算結果保留三位有效數字）；（3）由實驗得到小車的加速度a與力傳感器示數F的關系如圖丙所示。則小車運動過程中所受的阻力，小車的質量。（結果保留兩位有效數字）【例4】某探究學習小組的同學要驗證牛頓第二定律，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤。實驗首先保持軌道水平，通過調整砝碼盤里砝碼的質量讓小車做勻速運動以實現平衡摩擦力，再進行后面的操作，并在實驗中獲得以下測量數據：小車、力傳感器和擋光板的總質量M，平衡摩擦力時砝碼和砝碼盤的總質量，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離s。（1）該實驗是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車、力傳感器和擋光板的總質量？（選填“需要”或“不需要”）。（2）實驗需用游標卡尺測量擋光板的寬度d，如圖所示，。（3）某次實驗過程：力傳感器的讀數為F，小車通過光電門1和2的擋光時間分別為（小車通過光電門2后，砝碼盤才落地），已知重力加速度為g，則該實驗要驗證的表達式是?！纠?】5．某同學為了探究加速度與力的關系，設計了如圖（a）所示的裝置。在鐵架臺的豎直桿上固定兩個光電門1和2，在鐵架臺橫梁上固定定滑輪，細繩跨過定滑輪，兩端分別拴接兩小盒甲、乙，其中小盒甲上固定有擋光片。已知小盒甲和擋光片的總質量為M，小盒乙的質量也為M?，F取10個完全相同的砝碼均分后放在甲、乙中，系統處于靜止狀態。每個砝碼的質量m=10g，兩光電門間距離為h，兩光電門與計算機相連，可記錄擋光片的擋光時間，重力加速度為g2。請回答下列問題：(1)用螺旋測微器測量出擋光片的寬度，如圖（b）所示，擋光片的寬度為d=mm；(2)將小盒乙中的5個砝碼依次取出并放在小盒甲中，然后每次都將裝置由靜止釋放，記錄小盒甲經過兩個光電門1、2時擋光片的擋光時間t1、t2，則小盒甲的加速度為（用h、d，t1、t2如表示）；(3)在第(2)問的操作中，將五次操作得到的實驗數據記錄在下表中，為加速度，為從小盒乙中取走的砝碼個數，將這五組數據在答題卡上圖（c）所示的坐標系中描點并連線，由圖像可知保持物體的質量不變時，物體的加速度與物體的合外力成（填“正比”或“反比”）；n12345a(m/s2)(4)由第(3)問得到的圖像可得，小盒甲（含擋光片）的質量M=g（結果保留整數）?！纠?】6．如圖甲（側視圖只畫了一個小車）所示的實驗裝置可以用來驗證“牛頓第二定律”，兩個相同的小車分別放在兩塊一端帶滑輪的長木板上，長木板放在水平桌面上，右端各系一條細繩，跨過定滑輪各掛一個小盤增減盤中的砝碼可改變小車受到的拉力，增減車上的砝碼可改變小車的質量。兩車左端各系一條細線用一個黑板擦把兩細線同時按在固定、粗糙的水平墊片上，使小車靜止（如圖乙），抬起黑板擦兩車同時運動，在兩車尚未碰到滑輪前，迅速按下黑板擦，兩車立刻停止，測出兩車位移的大小。（1）關于該實驗，下列說法正確的是。A．要墊高長木板的一端，平衡摩擦力B．盤和盤中砝碼的總質量要遠小于小車的總質量C．要測出小車運動的時間（2）圖丙為某同學在驗證“合外力不變加速度與質量成反比”時的實驗記錄，已測得小車1的總質量，小車2的總質量，由圖可讀出小車1的位移，小車2的位移cm，可以算出（結果保留三位有效數字）；在實驗誤差允許的范圍內，（填“大于”“小于”或“等于”）?！揪C合提升專練】1．某同學“探究小球加速度與合外力的關系”的實驗裝置如圖所示，他用無線力傳感器來測量繩子的拉力。他將無線力傳感器和小車固定在一起，將細繩的一端掛一小球，另一端系在傳感器的掛鉤上，調整細繩與木板平行。則在改進后的實驗中以下步驟是否還有必要？①把木板的右端墊高以補償阻力（選填“有必要”或“沒必要”）。②控制小球的質量遠小于小車（含傳感器）的總質量。（選填“有必要”或“沒必要”）。（2）實驗中打出的其中一條紙帶如下圖，由該紙帶可求得小球的加速度（結果保留三位有效數字）（3）本實驗中，保持繩端所掛小球質量不變，先按住小車，記下傳感器讀數為；而后在小車上陸續放置鉤碼，讓小車運動，從而得到繩子的不同拉力大小與小球相應的加速度大小，作出圖像。則下面圖像中正確的是()A．

B．

C．

D．

2d，兩光電門間的距離為x。實驗時木槽每次都從同一位置由靜止釋放，研究對象為木槽（包括內部的砝碼）及鉤碼組成的系統。（1）通過光電計時器讀出遮光條通過、B兩個光電門的時間分別是tA、tB，則木槽的加速度是。（用測量的符號表示）（2）保持懸掛鉤碼的質量m不變，增加或減少槽內的砝碼，測出每次對應的加速度，為了能直觀反映在合外力一定的情況下，加速度與質量的關系，應作出a-關系圖象(M表示槽及槽內砝碼的總質量)。A．M

B．m

C．

D．（3）為了精確測量木槽運動的加速度，甲同學固定光電門B，移動光電門A，然后釋放木槽，測出遮光條每次經過光電門A的時間t1，若甲同學所作圖象斜率的絕對值為k，則木槽的加速度。3．實驗小組做探究在質量不變的情況下物體的加速度與所受合外力關系的實驗，如圖1所示為實驗裝置示意圖。（1）打點計時器使用的電源是（選填選項前的字母）。A．交流電源B．直流電源（2）關于該實驗以下說法正確的是。A．安裝實驗器材時，要調節滑輪的高度，使細線與長木板平行B．平衡摩擦力時要讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤去砂桶，輕推小車，再接通打點計時器的電源，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動C．實驗過程中，向砂桶內加砂時，必須保證砂和砂桶的總質量m遠小于小車的總質量MD．準確地平衡摩擦力后，實驗過程中讀出拉力傳感器的示數為小車受到的合外力（3）如圖2是實驗中選擇的一條合適的紙帶（紙帶上相鄰的兩個計數點之間還有4個計時點沒有畫出），相關的測量數據已標在紙帶上，已知打點計時器的打點頻率為，則小車的加速度m/s2。（4）保持小車的質量不變，改變砂桶中砂的質量，記錄多組傳感器的讀數和對應紙帶的加速度的數值，并根據這些數據，繪制出如圖3所示的圖像，分析此圖像不過原點原因可能是。（5）實驗小組仔細分析圖像，得出了實驗用小車的質量為kg。（結果保留位有效數字）4．在探究物體質量一定時加速度與力的關系實驗中，小華同學做了如圖甲所示的實驗改進，在調節桌面水平后，添加了用力傳感器來測細線中的拉力。（1）關于該實驗的操作，下列說法正確的是A．不必用天平測出砂和砂桶的質量B．需要改變砂和砂桶的總質量，打出多條紙帶C．一定要保證砂和砂桶的總質量遠小于小車的質量（2）實驗得到如圖乙所示的紙帶，已知打點計時器使用的交流電源的頻率為，相鄰兩計數點之間還有四個點未畫出，由圖中的數據可知，B點的瞬時速度是，小車運動的加速度大小是；（計算結果保留三位有效數字）（3）由實驗得到小車的加速度a與力傳感器示數F的關系如圖丙所示，則小車與軌道的滑動摩擦力N；（4）小明同學不斷增加砂子質量重復實驗，發現小車的加速度最后會趨近于某一數值，從理論上分析可知，該數值應為（g取）。5．某同學利用如圖甲所示的裝置探究“小車的加速度與所受合外力的關系”，具體實驗步驟如下：A．按照圖甲安裝好實驗裝置，掛上沙桶（含少量沙子）；B．調節長木板的傾角，輕推小車后，使小車沿長木板向下運動，且通過兩個光電門的時間相等；C．取下細線和沙桶，測量沙子和桶的總質量為m，并記下；D．保持長木板的傾角不變，不掛沙桶，將小車置于靠近滑輪的位置，由靜止釋放小車，記錄小車先后通過光電門甲和乙時顯示的時間；E.重新掛上細繩和沙桶，改變沙桶中沙子的質量，重復B、C、D步驟。（1）若沙桶和沙子的總質量為m，小車的質量為M，重力加速度為g，則步驟D中小車加速下滑時所受合力大小為；（忽略空氣阻力）（2）如圖乙所示，用游標卡尺測得小車上遮光條的寬度為cm；（3）有關本實驗的說法正確的是。A．沙桶和沙子的總質量必須小于小車的質量B．沙桶和沙子的總質量必須遠小于小車的質量C．沙桶和沙子的總質量必須大于小車的質量D．沙桶和沙子的總質量必須遠大于小車的質量6．某同學為了探究加速度與力的關系，設計了如圖甲所示的裝置，操作如下：①在鐵架臺的豎直桿上固定兩個光電門1和2，把光電門與計算機相連，可記錄擋光片的擋光時間t。②在鐵架臺橫梁上固定定滑輪，細繩跨過定滑輪，兩端分別拴接兩個相同的小盒A、B，在小盒A上固定一擋光片（擋光片的質量可忽略）。③用螺旋測微器測量擋光片的寬度，如圖乙所示，測得兩光電門間距離為h。④取10個完全相同的砝碼（每個砝碼的質量m=10g）均分后放入A、B中，系統處于靜止狀態。⑤將小盒B中的5個砝碼依次取出并放在小盒A中，然后每次都將裝置由靜止釋放，記錄小盒A經過兩個光電門1、2時擋光片的擋光時間t1、t2。重力加速度g2，請根據實驗回答以下幾個問題：（1）擋光片的寬度為d=mm；（2）小盒A的加速度a=（用h、d，t1、t2表示）；（3）將五次取、放砝碼后得到的數據進行處理，得到加速度a的數值，填入下表．其中n為從小盒B中取走的砝碼個數。n12345a（m/s2）請在圖丙所示的坐標系中作出n-a圖像。（4）設小盒的質量為M，根據圖像可求得M=g。7．在探究加速度與力、質量的關系活動中，某小組設計了如圖甲所示的實驗裝置。圖中上下兩層水平軌道表